(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、内燃機関への吸入空気通路を形成するハウジングと、該ハウジング内に回転自在に配設された駆動軸と、該駆動軸に固定された前記吸入空気通路の一部の開閉を可能にする可変吸気絞り弁と、減速機構を有し該減速機構を介して前記駆動軸を駆動する駆動装置と、前記駆動軸と前記駆動装置との間に設けられて内燃機関側からの衝撃荷重を吸収するように設けられた圧力逃し手段とを備えた内燃機関用吸気渦流発生装置において、
前記可変吸気絞り弁は、吸入空気の流れによって全開時に全開方向に付勢されるように、一方の面と他方の面との間で圧力差を生じる断面形状を有する弁体を備え、前記弁体は、前記駆動軸に垂直な方向の断面が翼断面形状をなしていることを特徴とする内燃機関用吸気渦流発生装置。
【請求項２】
少なくとも、内燃機関への吸入空気通路を形成するハウジングと、該ハウジング内に回転自在に配設された駆動軸と、該駆動軸に固定された前記吸入空気通路の一部の開閉を可能にする可変吸気絞り弁と、減速機構を有し該減速機構を介して前記駆動軸を駆動する駆動装置と、前記駆動軸と前記駆動装置との間に設けられて内燃機関側からの衝撃荷重を吸収するように設けられた圧力逃し手段とを備えた内燃機関用吸気渦流発生装置において、
前記可変吸気絞り弁は、前記駆動軸を挟んで一方が略半円形状で、他方が前記駆動軸を長軸とする略楕円形状をなした弁体を備え、かつ該弁体は前記駆動軸に垂直な方向の断面が翼断面形状をなしていることを特徴とする内燃機関用吸気渦流発生装置。
【請求項３】
前記弁体の翼断面形状は、前記可変吸気絞り弁の全開時に、吸入空気の流れにより全開方向に揚力が発生するように配置される請求項２に記載の内燃機関用吸気渦流発生装置。
【請求項４】
前記弁体は、前記略半円形状の部分と前記略楕円形状の部分とを合わせて翼断面形状をなしている請求項２又は３に記載の内燃機関用吸気渦流発生装置。
【請求項５】
前記弁体の支点として作用する前記駆動軸が、前記弁体の偏心した位置に設けられている請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関用吸気渦流発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関における吸入空気に渦流を発生させる内燃機関用吸気渦流発生装置に関し、特に、これに使用される可変吸気絞り弁の弁体構造を改良した内燃機関用吸気渦流発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平１１−２４７６６１号公報には、燃焼室内に混合気のスワール流やタンブル流などの渦流を発生させて燃焼効率の向上を図った渦流発生装置が開示されている。本文献によれば、可変吸気絞り弁により吸入空気の通路の一部を閉じて、片側に通気状態を形成するようにして渦流を発生させている。
【０００３】
しかしながら、この従来構造では、片側の通気状態を形成する可変吸気絞り弁の制御シャフト及び弁体には、制御シャフト回りに回転モーメントが発生し易いという問題があり、このような構造の渦流発生装置では、内燃機関側からの異常圧力による衝撃荷重によって損傷する可能性があるという問題があった。
そこで、本願と同一の出願人の先願である特願平２０００−６２１２６号（内燃機関用渦流発生装置）は、図９に示すように、上記の従来構造の問題点を解消すべく、１）内燃機関側からの異常圧力が可変吸気絞り弁４ａに加わっても損傷せず、２）異常圧力による衝撃荷重を受けても、あるいは可変吸気絞り弁４ａを開閉させるための駆動トルクが加わっても、吸入空気に対して渦流を良好に発生することができ、３）簡単な構成で、内燃機関の運転条件に応じた渦流を発生することができる内燃機関用渦流発生装置を提案している。
【０００４】
即ち、上記同一出願人による上記先願においては、可変吸気絞り弁４ａの弁体４３の位置が、弁４ａの全開位置時に、吸入空気の流れ方向に対して開く側に傾けた位置となっており、その結果、この傾いた弁体４３に吸入空気の流れ力が作用して、弁体４３の全開位置が安定するばかりか、弁体自体のバタツキも解消している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記先願の可変吸気絞り弁４ａの構造でもさらに改良すべき点がある。即ち、この構造では、図９に示すように、弁体４３を多少傾けて配置している。従って、弁体４３を傾けた分だけ開口部分の面積が減少するので、吸入空気の量がその分だけ減少することになる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記先願の優れた構造を生かしつつ、さらに弁体の傾きを極力なくした構造を持った可変吸気絞り弁の弁体構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１〜５の発明によれば、吸入空気の流れによって一方の面と他方の面との間で圧力差を生じさせる断面形状として翼形状の弁体を採用しており、具体的に、弁体は駆動軸を挟んで一方が略半円形状で、他方が駆動軸を長軸とする略楕円形状をなしており、かつ弁体は駆動軸に垂直な方向の断面が翼形状をなし、可変吸気絞り弁の全開時に、吸入空気の流れにより全開位置の方向に揚力が発生するように配置されており、また、弁体は略半円形状の部分と略楕円形状の部分とを合わせて翼形状をなしており、さらに、弁体の支点として作用する駆動軸が、弁体の偏心した位置に配置されている。
【０００８】
このような構造によって、全開位置において、弁体の揚力が、弁体が開く方向に印加されて安定し、かつ弁体が全開位置において吸入空気の流れ方向と略平行に付勢されるので、吸入空気の流量を減少させることは全くなくなる。その結果、内燃機関の振動や吸入空気の脈動等に起因する弁体のバタツキが防止され、全開時の最大空気流量が増大し、吸入空気の流れが安定し圧力損失が減少する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による第１の実施形態としての吸気渦流発生装置の要部構成図である。内燃機関用吸入装置の一部である吸気渦流発生装置１は、減速構造を備えた駆動装置２と、内燃機関側からの衝撃荷重を吸収する圧力逃し手段３と、片側通気状態を形成する可変吸気絞り弁４０ａを備えた吸入管（以下、可変吸気絞り弁部）４０を含んで構成されている。
【００１０】
可変吸気絞り弁部４０は、吸入空気Ａを導入するハウジング４１と、開口面積を調整する回動自在な可変吸気絞り弁４０ａを備えている。ハウジング４１には、吸入空気Ａを導入する空気通路４１ａと、その途中に、導入された吸入空気Ａを空気通路４１ｂと４１ｃとに分ける隔壁４１Ｈが設けられている。空気通路４１ｂは、可変吸気絞り弁４０ａによってその開口面積が調整されるようになっている。
【００１１】
可変吸気絞り弁４０ａは、ハウジング４１内に回動可能に支持される弁軸（以下、駆動軸）４２ａと、この駆動軸４２ａと共に回動して空気通路４１ｂを流れる吸入空気の量を調整する弁体４４とから構成されている。駆動軸４２ａは、圧力逃し手段３を介して、減速構造を備えた駆動装置２により回動される。
なお、図１に示す状態は、可変吸気絞り弁４０ａが全開の状態である。また、後述する弁体４４の形状は、駆動軸４２ａを挟んで、一方の側４４ａが半円形状で、他方の側４４ｂが駆動軸４２ａを長軸とする楕円形状をなし、さらに、一方の側４４ａと他方の側４４ｂを一体化して、その断面（駆動軸４２ａに垂直な方向の断面）が翼形状をなしている。
【００１２】
弁体４４は、図１に示すように翼形状となっているので、吸入空気Ａの流れ方向に対して弁体が全開する方向に揚力を受け（周知の「ベルヌーイの定理」）、この揚力により、全開する方向に安定して付勢され、バタツキを防止することができる。従って、後述する図９の先願のように弁体（４３）を予め全開する方向に傾けて付勢する必要がなく、弁体４４が全開位置において吸入空気の流れ方向と略平行に揚力により安定して付勢されるので、吸入空気の流量を減少させることは全くなくなる。その結果、内燃機関の振動や吸入空気の脈動等に起因する弁体のバタツキを防止し、全開時の最大空気流量が増大し、吸入空気の流れが安定、圧力損失が減少する。
【００１３】
吸気渦流発生装置１は、車両への搭載状態において、吸入空気Ａの上流側は、スロットルバルブ２００と気密に結合され、また吸入空気Ａの下流側は、燃焼室（図示せず）を有する内燃機関（エンジン）３００と気密に連通している。なお、吸入空気の流れの矢印Ａは、矢印α、及び矢印βで示すように分かれて流れる。また、駆動装置２は、アクセルセンサ６１、回転数センサ６２等の信号によりコンピュータ６０で制御された駆動電流によって、弁体４４と共に回転する駆動軸４２ａを回動させる。例えば、弁体４４を図１中の二点鎖線で示す位置に回動させると、空気通路４１ｂが全閉される。これにより、矢印αだけの偏った空気の流れを形成し、片側通気状態の吸入空気を燃焼室に送り込むことができる。これにより、燃焼室内に混合気のスワール流やタンブル流を発生させることができる。
【００１４】
図２は図１に示す可変吸気絞り弁部に結合された駆動装置２の構成図である。また、図３は図２においてIIIから見た矢視断面図であり、図４は図２において駆動装置２の一部と減速構造２０を示す断面図である。さらに、図５は図４において減速構造に組み込まれている衝撃吸収部材２２の形状を示す外観図である。図２のように、駆動装置２は、駆動モータＭと、減速機構部２０と、ケーシング２１とを備えている。駆動モータＭはＤＣモータ等の正転／逆転駆動が可能なモータである。ケーシング２１は、駆動モータＭと減速機構部２０を保持して図３に示すフランジ部２１ａが、締結部材により可変吸気絞り弁部４０に固定されている。
【００１５】
減速機構部２０は、駆動モータＭからの動力を減速する減速機構２０ａと、減速機構２０ａを構成する複数のギヤ間に挟まれて配置される衝撃吸収部材２２で構成されている。
減速機構２０ａは、駆動モータＭの出力軸に固定されたウォームギヤ２５と、ウォームギヤ２５に噛み合うヘリカルギヤ２６と、ヘリカルギヤ２６と同軸上に配置された出力用スパーギヤ２７とを備える。ヘリカルギヤ２６とスパーギヤ２７との間には、両ギヤ２６，２７と一体となって回動可能な衝撃吸収部材２２が配置されている。ヘリカルギヤ２６とスパーギヤ２７は、ウォームギヤ２５の軸に垂直に配置されたシャフト２８に回動自在に支持されている。シャフト２８の一端２８ａは、減速機構２０ａを収容する円筒状の内周壁を形成するハウジング２１に固定されている。他端２８ｂは、ハウジング２１の一部をなす封止部材２１ｂに固定される。なお、ハウジング２１及び封止部材２１ｂは、樹脂材料で形成され、例えば、超音波溶着等により一体に形成されている。
【００１６】
次に、衝撃吸収部材２２は、略円筒状をなしている。この衝撃吸収部材２２は、両ギヤ２６，２７に接する端部に配置され、例えば圧延鋼板で形成される第１及び第２のプレート２２ａ，２２ｂと、弾性部材２２Ｒとで構成される。弾性部材２２Ｒは、ゴム材により形成され、第１及び第２のプレート２２ａ，２２ｂと一体的に成形される。なお、円筒の弾性部材２２Ｒの径に比して、第１のプレート２２ａを小径に、第２のプレート２２ｂを大径にすれば、一体成形するときに、型からの離型性が向上する。また、第１のプレート２２ａは、図４に示すように、ヘリカルギヤ２６と当接させる構成としたが、スパーギヤ２７と当接するように配置してもよい。
【００１７】
この衝撃吸収部材２２は、駆動モータＭの出力軸に固定されているウォームギヤ２５と噛み合うヘリカルギヤ２６と一体的に配置される。トルクの伝達が衝撃的に作用してしまう場合、例えば全閉位置に弁体４４が固定される瞬間において、衝撃吸収部材２２の弾性部材２２Ｒが変形する捩れ作用により、ウォームギヤに伝達される衝撃荷重を緩和させて、ウォームギヤのねじ締め状態が発生することを防止する。
【００１８】
さらに駆動装置２の動作中は、モータＭの回転トルクが衝撃吸収部材２２を捩れ作用により撓ませているため、その反力によりギヤのバックラッシュを詰めた状態とすることができる。このために、駆動装置２の停止時に機能するウォームギヤ２５のセルフロック効果とともに、駆動装置２の動作、非動作に関係なく、可変吸気絞り弁４０ａの弁体４４のバタツキを防止できる。
【００１９】
図６は本発明の吸気渦流発生装置の駆動軸に結合する圧力逃し手段の斜視分解図である。また、図７は図２においてクッションの作用を説明するためにVIIから見た運転条件毎の説明図である。
圧力逃し手段３（図６及び図７参照）は、異常燃焼等により発生した異常圧力によって、吸気渦流発生装置１の各々の部材に加わる衝撃荷重を緩和するものである。例えばバックファイア等の異常燃焼が発生した場合に、エンジン３００側より可変吸気絞り弁４０ａに通常のエンジン運転条件で発生する吸入空気圧（例えば、過吸気付エンジンでは、最大過給圧）以上の異常圧力が衝撃荷重として加わる場合がある。本発明による可変吸気絞り弁４０ａの弁体４４のような回転モーメントを受け易い形状においては、特に異常圧力等が弁体４４に加わった場合には、渦流発生装置１の一部が損傷することなく、渦流を良好に発生させる必要がある。従って、本発明に使用する圧力逃し手段３は、異常燃焼等により発生した異常圧力により吸気渦流発生装置１の各々の部材に加わる衝撃荷重を緩和するために設けられる。
【００２０】
圧力逃し手段３は、図６に示すように、可変吸気弁４０ａの駆動軸４２ａに備えられる入力用スパーギャ部３１を駆動軸４２ａに固定し、駆動軸４２ａと共に回動自在な第３のプレート３２とを付勢スプリング３６によって繋ぐことで、異常圧力が発生したとき、弁体４４に加わる異常圧力による衝撃荷重に抗して、付勢スプリング３６を撓ませることにより、入力用スパーギャ部３１と嵌合した駆動装置２とを切り離すことができる。これにより、全閉状態で受ける異常荷重、即ち、異常圧力の衝撃荷重に応じて、駆動軸４２ａと一体の弁体４４を全閉状態から全開側へ回動させることができる。このため、全閉状態で受ける異常荷重は、異常圧力を逃すことで緩和される。
【００２１】
本発明に使用する圧力逃し手段３は、図６及び図７に分解斜視図で示すように、第３のプレート３２は、嵌合孔３２ａと凹部３２ｂと突起部３２ｃとで構成される。また、入力スパーギャ部３１は、第４のプレート３３と一体成形部３４とクッション３５とで構成される。なお、第３のプレート３２と、スパーギャ部３１と、付勢スプリング３６とが、スプリングの撓みに応じて互いに回動し得る配置を維持できるように、駆動軸４２ａの軸端部にワッシャを介して、例えば、カシメ加工により軸方向係止部を設けてある。
【００２２】
従って、異常圧力に抗して付勢スプリング３６が撓んで入力スパーギャ部３１と嵌合した駆動装置２とを切り離しでき、弁体４４は、エンジン側からの異常圧力による衝撃荷重に応じて、全閉状態から全開側へ回動することができる。さらに、図７に示すように、（Ａ）可変吸気絞り弁４０ａが全開時、及び（Ｂ）全閉時のように、駆動装置２と駆動軸４２ａとが一体的に回動可能な状態では、弁体４４にエンジン振動や吸入空気の流れが加わっても、駆動装置２の減速機構２０を損傷させないように、クッション３５を設けている。さらに異常圧力が発生した場合では、例えば（Ｂ）全閉状態から（Ｃ）圧力逃し状態になり、異常圧力を逃した後、再び（Ｂ）状態に戻るとき、付勢スプリング３６の付勢力により衝撃荷重が発生しても、駆動軸４２ａに固定された第３のプレート３２の突起３２ｃは、クッション３５を介して第４のプレート３３ｃを押圧するので、クッション３５が付勢力により衝撃荷重を衝撃吸収できる。
【００２３】
さらに、可変吸気絞り弁４０では、吸気渦流発生装置１にて渦流を発生していいない場合に、弁体４４は全開位置に配置されている。このとき、本発明では、図１に示すように、弁体４４が吸入空気通路４１ａの軸方向に対して略平行に保持される。従って、全開位置において、弁体の揚力は弁体が開く方向に印加され、それにより弁体が吸入空気の流れ方向と略平行に付勢されるので、吸入空気の流量を減少させることは全くなくなる。その結果、内燃機関の振動や吸入空気の脈動等に起因する弁体のバタツキを防止することができ、全開時の最大空気流量が増大し、吸入空気の流れが安定し圧力損失が減少する。
【００２４】
次に、第１の実施形態における吸気渦流発生装置の動作を以下に説明する。
（渦流を発生させていない状態）
駆動装置２へ電流を供給していない時、全開状態にある弁体４４は、吸入空気通路４１ａの軸方向に対して略平行に保持され、弁体４４には吸入空気の流れによる揚力が作用するので、エンジン振動や吸気の脈動に起因する弁体４４のバタツキを防止することができる。このため、燃焼室に渦流を発生させる必要のない運転条件では、吸気渦流発生装置１を流れる吸入空気の流れを乱すことなく、燃焼室へ吸入空気を供給することができる。なお、駆動装置２に電流を供給して弁体４４を全開状態に保持してもよい。
【００２５】
（渦流を発生させる状態）
空気通路４１ｂを全閉状態にして、空気通路４１ｃだけで片側通気状態を形成して渦流を発生させるため、駆動装置２へ電流を供給して、この駆動装置２のモータＭのトルクにより、弁体４４を全閉側方向に回動させる。そして全閉側に到達すると、モータＭのトルクにより、弁体４４をハウジング４１の周壁内に設けた周方向の突起４１ｓに当接するように押圧する。この当接する瞬間にモータＭのトルクにより弁体４４に衝撃荷重が加わる。このとき減速機構部２０に組み込まれた衝撃吸収部材２２は、モータＭのトルクに抗して、弾性部材２２Ｒの撓みによる捩れ作用によって衝撃荷重を吸収して緩和する。このため衝撃的なトルクの伝達を緩和できるので、減速機構２０に内蔵されたウォームギャ２５のねじ締め状態の発生を防止することができる。従って、駆動装置２へ電流を供給中に、駆動装置２がねじ締め状態となり損傷することなく、吸気渦流発生装置１を作動させることができる。
【００２６】
なお、駆動装置２の動作中は、モータＭのトルクが衝撃吸収部材２２を捩れ作用により撓ませているため、その反力によりギャのバックラッシュを詰めた状態とすることができる。このため、駆動装置２の停止時に機能するウォームギャ２５のセルフロック効果とともに、駆動装置２の動作又は非動作に関係なく、可変吸気絞り弁４０ａの弁体４４のバタツキを防止することができる。
【００２７】
（異常圧力発生時）
エンジンの異常燃焼等により吸気渦流発生装置１に、異常圧力が発生したときは、圧力逃し手段３が作動して、弁体４４が受ける異常圧力による衝撃荷重と、付勢スプリング３６の付勢力との釣り合い状態の位置に、弁体４４を全開側へ回動させる。これにより、可変吸気絞り弁４０ａを損傷させることなく、また、減速機構２０のねじ締め状態の発生を防止するので、異常圧力の発生後も、発生前の作動特性と変わりなく、当初設計における狙い通りの渦流の発生を維持できる。なお、圧力逃し手段３は、異常圧力の発生状態が解消されると付勢スプリング３６により弁体４４を発生前の位置に押し戻す。このため、圧力逃し手段３は、付勢力により発生する衝撃荷重を吸収するために、クッション３５を備えていることが望ましい。
【００２８】
本発明では、回転モーメントを受け易い構造の可変吸気絞り弁に、渦流発生装置を用いたが、減速機構を備えた駆動装置や弁体等に加わる衝撃荷重を緩和させようとするものであれば、どのような駆動装置、可変吸気絞り弁に対しても、本発明の渦流発生装置を適用することが可能である。
図８は本発明の第２の実施形態の要部構成図である。図示のように、第１の実施形態の構造に対して、可変吸気絞り弁４０にインジェクタ５０を設けたことが相違する。インジェクタ５０は可変吸気絞り弁４０を形成するハウジング４１の空気通路４１ｃ側に保持され、空気通路４１ｃ内に燃料を噴出する。これにより、渦流発生の有無に係わらず、吸入空気と燃料との混合気の形成を良好にすることができる。なお、本実施形態でも、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００２９】
図９は同一出願人の先願における吸気渦流発生装置の要部構成図である。図中、４２は駆動軸、４３は弁体、４３ａは弁体４３の一方の側、４３ｂは弁体４３の他方の側である。本発明との相違は、本発明の弁体４４はその断面が翼形状（図１参照）になっているのに対して、弁体４３の断面が平板状になっていることである。そして、弁体４３は、本発明の図２の方向から見た場合には、本発明と同じ形状をなしている。即ち、駆動軸４２（４２ａに対応）を挟んで、一方の側４３ａ（４４ａに対応）が半円形状で、他方の側４３ｂ（４４ｂに対応）が駆動軸を長軸とする楕円形状をなしている。
【００３０】
この弁体形状の改良すべき点は、上述したように、全開時に、弁体が全開方向に対して多少傾いて付勢するように設定されているために、吸入空気の流れに作用して全開位置が安定しバタツキがなくなる利点があるものの、弁体が傾いた分だけ開口面積が減少するので、全開時の空気流量が減少するという課題があった。そこで、上述したように、本発明では弁体構造をその断面が翼形状とすることで、その揚力を利用して吸入空気の流れ方向に対して略平行に付勢することができ、その結果、全開時の吸入空気量を確保し、かつ全開位置が安定しバタツキがなくなる効果を奏している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施形態としての吸気渦流発生装置の要部構成図である。
【図２】図１に示す可変吸気絞り弁部に結合された駆動装置の構成図である。
【図３】図２においてIIIから見た矢視断面図である。
【図４】図２において駆動装置の一部と減速構造を示す断面図である。
【図５】図４において減速構造に組み込まれている衝撃吸収部材の形状を示す外観図である。
【図６】本発明の吸気渦流発生装置の駆動軸に結合する圧力逃し手段の斜視分解図である。
【図７】図２においてクッションの作用を説明するためにVIIから見た運転条件毎の説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の要部構成図である。
【図９】同一出願人の先願における吸気渦流発生装置の要部構成図である。
【符号の説明】
１…吸気渦流発生装置
２…駆動装置
３…圧力逃し手段
２０…減速機構部
２２…衝撃吸収部
４０…可変吸気絞り弁部
４０ａ…可変吸気絞り弁
４１…ハウジング
４１ａ…吸入空気導入通路
４１ｂ，４１ｃ…空気通路
４２ａ…駆動軸
４４…弁体
４４ａ…弁体の一方の側
４４ｂ…弁体の他方の側
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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